Ổ đĩa cứng, đĩa mềm, CD, ..

I.Ổ đĩa cứng Tổng quan Ổ cứng thường được gắn liền với máy tính để lưu trữ dữ liệu cho dù chúng xuất hiện muộn hơn so với những chiếc máy tính đầu tiên. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ổ đĩa cứng ngày nay có kích thước càng nhỏ đi đến các chuẩn thông dụng với dung lượng thì ngày càng tăng lên. Những thiết kế đầu tiên ổ đĩa cứng chỉ dành cho các máy tính thì ngày nay ổ đĩa cứng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác như máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh số, điện thoại

doc28 trang | Chia sẻ: huyen82 | Lượt xem: 9739 | Lượt tải: 3download
Tóm tắt tài liệu Ổ đĩa cứng, đĩa mềm, CD, .., để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
di động..,quay phim kĩ thuật số, thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân... Ổ đĩa cứng đã có những bước tiến công nghệ nhằm giúp lưu trữ và truy xuất dữ liệu nhanh hơn: vd : sự xuất hiện của các ổ đĩa cứng lai giúp cho hệ điều hành hoạt động tối ưu hơn, giảm thời gian khởi động của hệ thống, tiết kiệm năng lượng, sự thay đổi phương thức ghi dữ liệu trên các đĩa từ làm cho dung lượng mỗi ổ đĩa cứng tăng lên đáng kể. Lịch sử phát triển Năm1955 Ổ cứng đầu tiên trên thế giới có là IBM 350 Disk File được chế tạo bởi Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 305. Ổ cứng này có tới 50 tấm đĩa kích thước 24" với tổng dung lượng là 5 triệu kí tự. Một đầu từ được dùng để truy nhập tất cả các tấm đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình khá thấp. IBM System 305, máy tính đầu tiên trên thế giới được trang bị ổ cứng, xuất hiện năm 1956 và hoạt động theo nguyên lý tính toán và điều khiển truy cập ngẫu nhiên tới dữ liệu (RAMAC). Toàn bộ hệ thống ổ cứng cần tới 50 đĩa có đường kính 24 inch (61 cm) và được phủ một lớp oxide sắt. Nó chứa 5 MB dữ liệu, tức bằng 1/100 dung lượng thẻ flash trong camera Bức ảnh chụp RAMAC đang hoạt động. RAMAC cần cả một chuyên gia túc trực bên cạnh do sức nóng trong quá trình hoạt động của nó có thể khiến các ống nối bị bật ra nhiều lần. (hình 1). (Hình 1) Năm 1973 IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa đầu tiên sử dụng kĩ thuật lắp ráp đóng hộp (sealed head/disk assembly - HDA). Kĩ sư trưởng dự án/chủ nhiệm dự án Kenneth Haughton đặt tên theo "súng trường Winchester" 30-30 sau khi một thành viên trong nhóm gọi nó là "30-30" vì các trục quay 30 MB của ổ đĩa cứng. Hầu hết các ổ đĩa hiện đại ngày nay đều sử dụng công nghệ này, và cái tên "Winchester" trở nên phổ biến khi nói về ổ đĩa cứng và dần biến mất trong thập niên 1990 .(h.2) Models A2, B1 and B2 announced March 13, 1973( h.2) Năm 1982, Hitachi phát hành ổ đầu tiên trên thế giới có dung lượng vượt ngưỡng 1 GB. H-8598 1,2 GB (ảnh) chứa 10 đĩa 14 inch và hai đầu đọc/ghi. Sáu năm sau, hãng này tiếp tục ra mắt phiên bản 1,89 GB với 8 đĩa 9,5 inch, giảm tỷ trọng 121 kg/GB xuống còn 42 kg/GB. Hitachi tuyên bố đây là ổ cứng đầu tiên mà một người có thể... tự xách đi.( h.3) ( h.3) Thập niên 1990 Đa số các ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỷ 1980 không bán trực tiếp cho người dùng cuối bởi nhà sản xuất mà bởi các OEM như một phần của thiết bị lớn hơn . Chiếc IBM PC/XT được bán ra đã có một ổ đĩa cứng lắp trong nhưng xu hướng tự cài đặt nâng cấp bắt đầu xuất hiện. Các công ty chế tạo ổ đĩa cứng bắt đầu tiếp thị với người dùng cuối bên cạnh OEM và đến giữa thập niên 1990, ổ đĩa cứng xuất hiện trong các cửa hàng bán lẻ. PC XT - Model 5160 OEM (viết tắt của Original Equipment Manufacturer trong tiếng Anh) là nhà sản xuất thiết bị gốc Ngày nay Dung lượng ổ đĩa cứng tăng trưởng theo hàm mũ với thời gian. Đối với những máy PC thế hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 megabyte được coi là lớn. Cuối thập niên 1990 đã có những ổ đĩa cứng với dung lượng trên 1 gigabyte. Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng khiêm tốn nhất cho máy tính để bàn còn được sản xuất có dung lượng lên tới 40 gigabyte còn ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất lên tới một nửa terabyte (500 GB).( h.4) (h.4) 2. Cấu tạo Ổ đĩa cứng gồm các thành phần, bộ phận có thể liệt kê cơ bản và giải thích sơ bộ như sau: Cụm mạch điện Vỏ đĩa Cụm đầu đọc Vỏ đĩa cứng: Vỏ ổ đĩa cứng gồm các phần: Phần đế chứa các linh kiện gắn trên nó, phần nắp đậy lại để bảo vệ các linh kiện bên trong. Vỏ ổ đĩa cứng có chức năng chính nhằm định vị các linh kiện và đảm bảo độ kín khít để không cho phép bụi được lọt vào bên trong của ổ đĩa cứng. Ngoài ra, vỏ đĩa cứng còn có tác dụng chịu đựng sự va chạm (ở mức độ thấp) để bảo vệ ổ đĩa cứng. Do đầu từ chuyển động rất sát mặt đĩa nên nếu có bụi lọt vào trong ổ đĩa cứng cũng có thể làm xước bề mặt, mất lớp từ và hư hỏng từng phần (xuất hiện các khối hư hỏng (bad block)).Thành phần bên trong của ổ đĩa cứng là không khí có độ sạch cao, để đảm bảo áp suất cân bằng giữa môi trường bên trong và bên ngoài, trên vỏ bảo vệ có các hệ lỗ thoáng đảm bảo cản bụi và cân bằng áp suất. Cụm đĩa :Bao gồm toàn bộ các đĩa, trục quay và động cơ.bản và giải thích sơ bộ như sau: Đĩa từ. Trục quay: truyền chuyển động của đĩa từ. Động cơ: Được gắn đồng trục với trục quay và các đĩa Toàn bộ phần cụm đĩa Đĩa từ Đĩa từ (platter): Đĩa thường cấu tạo bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính là nơi chứa dữ liệu. Tuỳ theo hãng sản xuất mà các đĩa này được sử dụng một hoặc cả hai mặt trên và dưới. Số lượng đĩa có thể nhiều hơn một, phụ thuộc vào dung lượng và công nghệ của mỗi hãng sản xuất khác nhau. Mỗi đĩa từ có thể sử dụng hai mặt, đĩa cứng có thể có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau khi hoạt động. đĩa từ Track Trên một mặt làm việc của đĩa từ chia ra nhiều vòng tròn đồng tâm thành các track. Track có thể được hiểu đơn giản giống các rãnh ghi dữ liệu giống như các đĩa nhựa (ghi âm nhạc trước đây) nhưng sự cách biệt của các rãnh ghi này không có các gờ phân biệt và chúng là các vòng tròn đồng tâm chứ không nối tiếp nhau thành dạng xoắn trôn ốc như đĩa nhựa. Track trên ổ đĩa cứng không cố định từ khi sản xuất, chúng có thể thay đổi vị trí khi định dạng cấp thấp ổ đĩa Sector - Cung Là đơn vị dữ liệu nhỏ nhất có thể truy cập được của đĩa cứng .Trên track chia thành những phần nhỏ bằng các đoạn hướng tâm thành các sector một sector chứa dung lượng 512 byte. Số sector trên các track là khác nhau từ phần rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa, các ổ đĩa cứng đều chia ra hơn 10 vùng mà trong mỗi vùng có số sector/track bằng nhau. Trục quay Trục quay là trục để gắn các đĩa từ lên nó, chúng được nối trực tiếp với động cơ quay đĩa cứng. Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa từ. Trục quay thường chế tạo bằng các vật liệu nhẹ (như hợp kim nhôm) và được chế tạo tuyệt đối chính xác để đảm bảo trọng tâm của chúng không được sai lệch - bởi chỉ một sự sai lệch nhỏ có thể gây lên sự rung lắc của toàn bộ đĩa cứng khi làm việc ở tốc độ cao, dẫn đến quá trình đọc/ghi không chính xác. cylinder Tập hợp các track cùng cùng bán kính (cùng số hiệu trên) ở các mặt đĩa khác nhau thành các cylinder. Khi đầu đọc/ghi đầu tiên làm việc tại một track nào thì tập hợp toàn bộ các track trên các bề mặt đĩa còn lại mà các đầu đọc còn lại đang làm việc tại đó gọi là cylinder (cách giải thích này chính xác hơn bởi có thể xảy ra thường hợp các đầu đọc khác nhau có khoảng cách đến tâm quay của đĩa khác nhau do quá trình chế tạo). Trên một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mỗi mặt đĩa từ. Cụm đầu đọc: Đầu đọc (head): Đầu đọc/ghi dữ liệu Cần di chuyển đầu đọc (head arm hoặc actuator arm). Bên trong một ổ đĩa cứng (thông dụng ngày nay) sau khi mở nắp và tháo bỏ các tấm đĩa dữ liệu. Phần ở giữa là động cơ liền trục (spindle motor). Bên trái (gần đó) là "đầu đọc/ghi" và "Cần di chuyển đầu đọc". Đầu đọc/ghi: Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit (trước đây là lõi sắt) và cuộn dây (giống như nam châm điện). Gần đây các công nghệ mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ xít chặt hơn như: chuyển các hạt từ sắp xếp theo phương vuông góc với bề mặt đĩa nên các đầu đọc được thiết kế nhỏ gọn và phát triển theo các ứng dụng công nghệ mới. Đầu đọc trong đĩa có công dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trên bề mặt đĩa từ hoặc từ hoá lên các mặt đĩa khi ghi dữ liệu. Số đầu đọc ghi luôn bằng số mặt hoạt động được của các đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hơn hoặc bằng hai lần số đĩa. Cụm mạch điện : Mạch điều khiển: có nhiệm vụ điều khiển động cơ đồng trục, điều khiển sự di chuyển của cần di chuyển đầu đọc để đảm bảo đến đúng vị trí trên bề mặt đĩa. Mạch xử lý dữ liệu: dùng để xử lý những dữ liệu đọc/ghi của ổ đĩa cứng. Bộ nhớ đệm (cache hoặc buffer): là nơi tạm lưu dữ liệu trong quá trình đọc/ghi dữ liệu. Dữ liệu trên bộ nhớ đệm sẽ mất đi khi ổ đĩa cứng ngừng được cấp điện. -Đầu cắm nguồn cung cấp điện cho ổ đĩa cứng. -Đầu kết nối giao tiếp với máy tính. Các cầu đấu thiết đặt (jumper) thiết đặt chế độ làm việc của ổ đĩa cứng: Lựa chọn chế độ làm việc của ổ đĩa cứng (SATA 150 hay SATA 300) hay thứ tự trên các kênh trên giao tiếp IDE (master hay slave haytự lựa chọn),lựa chọn các thông số làm việc khác. 3. Hoạt động: Giao tiếp với máy tính Toàn bộ cơ chế đọc/ghi dữ liệu chỉ được thực hiện khi máy tính có yêu cầu truy xuất dữ liệu hoặc cần ghi dữ liệu vào ổ đĩa cứng. Việc thực hiện giao tiếp với máy tính do bo mạch của ổ đĩa cứng đảm nhiệm. Ta biết rằng máy tính làm việc khác nhau theo từng phiên làm việc, từng nhiệm vụ mà không theo một kịch bản nào, do đó quá trình đọc và ghi dữ liệu luôn xảy ra, các tập tin luôn bị thay đổi, xáo trộn vị trí. Dữ liệu trên bề mặt đĩa cứng không được chứa một cách liên tục mà chúng nằm rải rác khắp nơi trên bề mặt vật lý.Mặt khác máy tính có thể xử lý đa nhiệm vụ nên cần phải truy cập đến các tập tin khác nhau ở các thư mục khác nhau. Cơ chế đọc và ghi dữ liệu ở ổ đĩa cứng không đơn thuần thực hiện từ theo tuần tự mà chúng có thể truy cập và ghi dữ liệu ngẫu nhiên tại bất kỳ điểm nào trên bề mặt đĩa từ, đó là đặc điểm khác biệt nổi bật của ổ đĩa cứng so với các hình thức lưu trữ truy cập tuần tự . Thông qua giao tiếp với máy tính, khi giải quyết một tác vụ, CPU sẽ đòi hỏi dữ liệu (nó sẽ hỏi tuần tự các bộ nhớ khác trước khi đến đĩa cứng mà thứ tự thường là cache L1-> cache L2 ->RAM) và đĩa cứng cần truy cập đến các dữ liệu chứa trên nó. Không đơn thuần như vậy CPU có thể đòi hỏi nhiều hơn một tập tin dữ liệu tại một thời điểm, khi đó sẽ xảy ra các trường hợp: Ổ đĩa cứng chỉ đáp ứng một yêu cầu truy cập dữ liệu trong một thời điểm, các yêu cầu được đáp ứng tuần tự. Ổ đĩa cứng đồng thời đáp ứng các yêu cầu cung cấp dữ liệu theo phương thức riêng của nó. Trước đây các ổ đĩa cứng đều thực hiện theo phương thức 1, có nghĩa là chúng chỉ truy cập từng tập tin cho CPU. Ngày nay các ổ đĩa cứng đã được tích hợp các bộ nhớ đệm (cache) cùng các công nghệ riêng của chúng (TCQ, NCQ) giúp tối ưu cho hành động truy cập dữ liệu trên bề mặt đĩa nên ổ đĩa cứng sẽ thực hiện theo phương thức thứ 2 nhằm tăng tốc độ chung Đọc và ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa Sự hoạt động của đĩa cứng cần thực hiện đồng thời hai chuyển động: Chuyển động quay của các đĩa và chuyển động của các đầu đọc. Sự quay của các đĩa từ được thực hiện nhờ các động cơ gắn cùng trục (với tốc độ rất lớn: từ 3600 rpm cho đến 15.000 rpm) chúng thường được quay ổn định tại một tốc độ nhất định theo mỗi loại ổ đĩa cứng. Khi đĩa cứng quay đều, cần di chuyển đầu đọc sẽ di chuyển đến các vị trí trên các bề mặt chứa phủ vật liệu từ theo phương bán kính của đĩa. Chuyển động này kết hợp với chuyển động quay của đĩa có thể làm đầu đọc/ghi tới bất kỳ vị trí nào trên bề mặt đĩa. Tại các vị trí cần đọc ghi, đầu đọc/ghi có các bộ cảm biến với điện trường để đọc dữ liệu (và tương ứng: phát ra một điện trường để xoay hướng các hạt từ khi ghi dữ liệu). Dữ liệu được ghi/đọc đồng thời trên mọi đĩa. Việc thực hiện phân bổ dữ liệu trên các đĩa được thực hiện nhờ các mạch điều khiển trên bo mạch của ổ đĩa cứng. Một ổ đĩa cứng 5,25” có dung lượng 110 MB (bên phải), bên trái là một ổ đĩa cứng 2,5” thông dụng cho máy tính xách tay ngày nay với dung lượng có thể lên tới 160 GB hoặc cao hơn (đồng xu bên cạnh có giá trị so sánh về kích thước thực của các loại ổ đĩa cứng) Thông số và đặc tính Dung lượng Dung lượng ổ đĩa cứng (Disk capacity) là một thông số thường được người sử dụng nghĩ đến đầu tiên, là cơ sở cho việc so sánh, đầu tư và nâng cấp. Người sử dụng luôn mong muốn sở hữu các ổ đĩa cứng có dung lượng lớn nhất có thể theo tầm chi phí của họ mà có thể không tính đến các thông số khác. Dung lượng ổ đĩa cứng được tính bằng: (số byte/sector) × (số sector/track) × (số cylinder) × (số đầu đọc/ghi). Dung lượng của ổ đĩa cứng tính theo các đơn vị dung lượng cơ bản thông thường: byte, kB MB, GB, TB. Theo thói quen trong từng thời kỳ mà người ta có thể sử dụng đơn vị nào, trong thời điểm năm 2007 người người ta thường sử dụng GB. Ngày nay dung lượng ổ đĩa cứng đã đạt tầm đơn vị TB nên rất có thể trong tương lai – theo thói quen, người ta sẽ tính theo TB. Đa số các hãng sản xuất đều tính dung lượng theo cách có lợi (theo cách tính 1 GB = 1000 MB mà thực ra phải là 1 GB = 1024 MB) nên dung lượng mà hệ điều hành (hoặc các phần mềm kiểm tra) nhận ra của ổ đĩa cứng thường thấp hơn so với dung lượng ghi trên nhãn đĩa (ví dụ ổ đĩa cứng 40 GB thường chỉ đạt khoảng 37-38 GB). Thời gian truy cập ngẫu nhiên Thời gian truy cập ngẫu nhiên (Random Access Time): Là khoảng thời gian trung bình để đĩa cứng tìm kiếm một dữ liệu ngẫu nhiên. Tính bằng mili giây (ms). Đây là tham số quan trọng do chúng ảnh hưởng đến hiệu năng làm việc của hệ thống, do đó người sử dụng nên quan tâm đến chúng khi lựa chọn giữa các ổ đĩa cứng. Thông số này càng thấp càng tốt. Tham số: Các ổ đĩa cứng sản xuất gần đây (2007) có thời gian truy cập ngẫu nhiên trong khoảng: 5 đến 15 ms. Thời gian tìm kiếm Thời gian tìm kiếm trung bình (Average Seek Time) là khoảng thời gian trung bình (theo mili giây: ms) mà đầu đọc có thể di chuyển từ một cylinder này đến một cylinder khác ngẫu nhiên (ở vị trí xa chúng). Thời gian tìm kiếm trung bình được cung cấp bởi nhà sản xuất khi họ tiến hành hàng loạt các việc thử việc đọc/ghi ở các vị trí khác nhau rồi chia cho số lần thực hiện để có kết quả thông số cuối cùng. Thông số này càng thấp càng tốt. Thời gian tìm kiếm trung bình không kiểm tra bằng các phần mềm bởi các phần mềm không can thiệp được sâu đến các hoạt động của ổ đĩa cứng. Thời gian làm việc tin cậy Thời gian làm việc tin cậy MTBF: (Mean Time Between Failures) được tính theo giờ (hay có thể hiểu một cách đơn thuần là tuổi thọ của ổ đĩa cứng). Đây là khoảng thời gian mà nhà sản xuất dự tính ổ đĩa cứng hoạt động ổn định mà sau thời gian này ổ đĩa cứng có thể sẽ xuất hiện lỗi (và không đảm bảo tin cậy). Một số nhà sản xuất công bố ổ đĩa cứng của họ hoạt động với tốc độ 10.000 rpm với tham số: MTBF lên tới 1 triệu giờ, hoặc với ổ đĩa cứng hoạt động ở tốc độ 15.000 rpm có giá trị MTBF đến 1,4 triệu giờ thì những thông số này chỉ là kết quả của các tính toán trên lý thuyết. Hãy hình dung số năm mà nó hoạt động tin cậy (khi chia thông số MTBF cho (24 giờ/ngày × 365 ngày/năm) sẽ thấy rằng nó có thể dài hơn lịch sử của bất kỳ hãng sản xuất ổ đĩa cứng nào, do đó người sử dụng có thể không cần quan tâm đến thông số này. Bộ nhớ đệm Bộ nhớ đệm (cache hay buffer) trong ổ đĩa cứng cũng giống như RAM của máy tính, chúng có nhiệm vụ lưu tạm dữ liệu trong quá trình làm việc của ổ đĩa cứng. Độ lớn của bộ nhớ đệm có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất hoạt động của ổ đĩa cứng bởi việc đọc/ghi không xảy ra tức thời (phụ thuộc vào sự di chuyển của đầu đọc/ghi, dữ liệu được truyền tới hoặc đi) sẽ được đặt tạm trong bộ nhớ đệm.Đơn vị thường bính bằng kB hoặc MB. Bộ nhớ đệm càng lớn thì càng tốt, nhưng hiệu năng chung của ổ đĩa cứng sẽ chững lại ở một giá trị bộ nhớ đệm nhất định mà từ đó bộ nhớ đệm có thể tăng lên nhưng hiệu năng không tăng đáng kể. Hệ điều hành có thể lấy một phần bộ nhớ của hệ thống (RAM) để tạo ra một bộ nhớ đệm lưu trữ dữ liệu được lấy từ ổ đĩa cứng nhằm tối ưu việc xử lý đối với các dữ liệu thường xuyên phải truy cập. Tốc độ truyền dữ liệu Tốc độ quay của đĩa từ. Số lượng đĩa từ trong ổ đĩa cứng: bởi càng nhiều đĩa từ thì số lượng đầu đọc càng lớn, khả năng đọc/ghi của đồng thời của các đầu từ tại các mặt đĩa càng nhiều thì lượng dữ liệu đọc/ghi càng lớn hơn. Công nghệ chế tạo: Mật độ sít chặt của các track và công nghệ ghi dữ liệu trên bề mặt đĩa (phương từ song song hoặc vuông góc với bề mặt đĩa): dẫn đến tốc độ đọc/ghi cao hơn. Dung lượng bộ nhớ đệm: Ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu tức thời trong một thời điểm. Chuẩn giao tiếp Giao tiếp Tên tiếng Anh đầy đủ Tốc độ truyền dữ liệu SCSI Small Computer System Interface Nhiều loại Ultra160 SCSI 160 MBps Ultra320 SCSI 320 MBps ATA Advanced Technology Attachmen Max = 133 MBps SATA 150 Serial ATA 150 150 MBps SATA 300 Serial ATA 300 300 MBps SATA 600 Serial ATA 600 600 MBps Có nhiều chuẩn giao tiếp khác nhau giữa ổ đĩa cứng với hệ thống phần cứng, sự đa dạng này một phần xuất phát từ yêu cầu tốc độ đọc/ghi dữ liệu khác nhau giữa các hệ thống máy tính, phần còn lại các ổ giao tiếp nhanh có giá thành cao hơn nhiều so với các chuẩn thông dụng. Trước đây, các chuẩn ATA và SATA thế hệ đầu tiên được sử dụng phổ biến trong máy tính cá nhân thông thường trong khi chuẩn SCSI và Fibre Channel có tốc độ cao hơn được sử chủ yếu nhiều trong máy chủ và máy trạm. Gần đây, các chuẩn SATA thế hệ tiếp theo với tốc độ giao tiếp cao hơn đang được sử dụng rộng rãi trong các máy tính cá nhân sử dụng các thế hệ chipset mới. Bảng dưới đây so sánh các chuẩn ATA thường sử dụng nhiều với ổ đĩa cứng trong thời gian gần đây. Tiêu bản:Các chuẩn ATA II.Ổ đĩa mềm Ổ đĩa mềm (Floppy Disk Drive, viết tắt: FDD) là một thiết bị sử dụng để đọc và ghi dữ liệu từ các đĩa mềm. Mỗi loại ổ đĩa mềm chỉ được sử dụng đối với một loại đĩa mềm riêng biệt mà không sử dụng đối với các loại đĩa có kích thước khác nhau. Một ổ đĩa mềm 3,5" dành cho máy tính cá nhân để bàn 1. Lịch sử phát triển Lịch sử phát triển của ổ đĩa mềm luôn song hành với sự phát triển của đĩa mềm, được bắt đầu từ khi Alan Shugart (lúc đang làm việc cho IBM) phát minh ra ổ đĩa mềm vào năm 1967. Shugart đã có nhiều cải tiến với loại đĩa mềm 8” như thêm một lớp vỏ bọc để bảo vệ. Năm 1968 Shugart rời khỏi IBM và thành lập công ty riêng, lúc này anh giới thiệu loại đĩa mềm 5,25”. Loại đĩa mềm 5,25” đã chở thành một chuẩn phổ biến cho các máy tính thời đó, nó thay thế các loại đĩa mềm 8”. Sony đã giới thiệu các loại đĩa mềm 3,5” đầu tiên vào năm 1981. Nhưng công ty đầu tiên đưa đĩa mềm 3,5” vào sử dụng là HP với hệ thống HP-150 vào năm 1984. Đến năm 1987 thì IBM đã chuyển hoàn toàn các loại đĩa 5,25” sang loại 3,5”, và từ đó chúng được sử dụng cho đến nay. Do có các phương tiện lưu trữ dữ liệu khác có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với lưu trữ bằng đĩa mềm nên ổ đĩa mềm hiếm khi còn sử dụng, chúng dần biến mất khỏi các máy tính ngày nay. 2. Phân loại Phân loại theo các loại đĩa mềm: Ổ đĩa mềm dùng cho các loại đĩa mềm 8” loại 5,25” loại 3,5”. Phân loại theo vị trí lắp đặt: Ổ đĩa gắn trong máy tính: Nói chung đến các loại ổ đĩa mềm gắn cố định bên trong máy tính. Gắn trong máy tính cá nhân để bàn: Loại ổ đĩa (như minh hoạ) gắn vào khay 3,5” trong các máy tính để bàn thông dụng. Gắn trong máy tính xách tay: Loại ổ đĩa mềm này được gắn trong các máy tính xách tay, do tính chất bố trí riêng biệt của từng loại máy tính xách tay của các hãng khác nhau mà chúng thường không được sản xuất hàng loạt để lắp ráp chung. Đa số nguyên lý loại này hoàn toàn giống như các loại ổ đĩa mềm cho máy tính cá nhân để bàn, nhưng được thu hẹp nhỏ gọn. Những loại ổ đĩa này do các hãng sản xuất máy tính xách tay tự sản xuất hoặc đặt hàng riêng cho từng loại máy, đời máy. Gắn ngoài máy tính: Thông qua giao tiếp USB, phù hợp với một số loại máy tính xách tay muốn sử dụng đĩa mềm nhưng không được thiết kế sẵn trong nó. Loại ổ đĩa này có thể phù hợp với tất cả các máy tính xách tay mà máy tính cá nhân để bàn. Ổ đĩa mềm gắn ngoài có thể được sản xuất hàng loạt cho người sử dụng lựa chọn. 3. Cấu tạo và hoạt động Các đĩa mềm lưu trữ dữ liệu thông qua nguyên lý lưu trữ từ trên bề mặt, do đó ổ đĩa mềm hoạt động dựa trên nguyên lý đọc và ghi theo tính chất từ. Ổ đĩa mềm có cấu tạo một phần giống như các ổ đĩa cứng, nhưng mọi chi tiết bên trong nó có yêu cầu thấp hơn so với ổ đĩa cứng. Tất cả các cách làm việc với đĩa mềm đều chỉ qua một khe hẹp của các loại đĩa mềm. Hai mẫu ổ đĩa hiện đại gần đây gồm một motor quay để quay tròn đĩa, motor bước và các đầu từ được dịch chuyển qua lại nhằm xác định vị trí truy cập trên đĩa. Một bảng mạch điều khiển để điều khiển hoạt động của các motor, các thành phần dẫn dữ liệu và một số thành phần phụ trợ khác. Ổ đĩa mềm làm việc được với nhiều loại đĩa có kích thước khác nhau cần phải được điều khiển bởi phần mềm gọi là trình điều khiển ổ đĩa mềm, phần mềm này thường được chứa trong chương trình BIOS. Khoang máy (frame assembly) là “bộ xương” của ổ đĩa dùng để gắn kết các bộ phận cơ và điện tử. Mô tơ trục quay (spindle motor) là bộ phận làm quay đĩa mềm, có trục quay lắp vừa khít với lỗ tâm đĩa mềm. Bộ điều khiển đĩa mềm (floppy disk controller) là một mạch điện tử có nhiệm vụ tiếp nhận các lệnh từ bộ điều hợp để điều khiển việc dịch chuyển đầu đọc/ghi vào vị trí cần thiết để đọc dữ liệu ra hoặc ghi dữ liệu vào đĩa. Các mạch cảm biến thu nhận tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển tự động các quá trình như ổn định tốc độ đọc, chống ghi… Đầu đọc/ghi (read/write head) là một bộ phận tay dẫn trượt giữa hai đầu từ: đầu đọc ghi mặt dưới (đầu 0) và đầu đọc ghi mặt trên (đầu 1). Mô tơ bước (stepping motor): các đầu đọc/ghi được định vị chính xác từ rãnh này qua rãnh khác nhờ vào một môtơ trước có nhiệm vụ dịnh đầu từ qua từng track một. Đầu nối cap điện (4 chân ) cung cấp các điện áp +5V cho các mạch logic và +12 V cho các mô tơ. Đầu nối cáp tín hiệu 34 chân. Nguyên tắc hoạt động: Khi đưa đĩa mềm vào ổ đĩa, hệ thống cơ sẽ định vị chính xác đĩa mềm trong ổ đĩa, đồng thời đầu đọc/ghi được đặt tiếp xúc với bề mặt đĩa. Khi nhận được lệnh yêu cầu truy xuất ổ đĩa mềm, bộ xử lý truyền tín hiệu điều khiển đến ổ đĩa. Bộ điều khiển gắn trong ổ đĩa sẽ điều khiển quay đĩa, đĩa quay nhanh và đạt đến tốc độ quay không đổi. Sau đó đầu từ được mô tơ bước dịch chuyển đến vị trí – rãnh chứa dữ liệu đang cần thao tác. Thời gian để đưa ổ đĩa tới trạng thái trên là thời gian tìm kiếm (seek time ). Mỗi lần dữ liệu được đọc/ghi trên 1 cung (sector), do cung này có thể nằm bất kỳ chỗ nào trên rãnh nên phải chờ để cung quay đến đầu đọc/ghi gọi là sự trễ do quay (rotational delay). Khi kết thúc thao tác truy xuất đĩa mềm, bộ điều khiển đĩa ngưng việc quay đĩa tránh việc hỏng dữ liệu do ma sát giữa mặt đĩa và đầu từ có thể làm hỏng dữ liệu trên đĩa. Khi lấy đĩa từ ổ đĩa, hệ thống cơ sẽ nâng đầu từ về vị trí thích hợp trong ổ đĩa và cơ cấu lò xo sẽ đẩy đĩa ra ngoài. ổ chức vật lý đĩa mềm gồm: Track: là các đường tròn đồng tâm, được chia thành 80 đường, được đánh số từ ngoài vào trong, track ngoài cùng mang số 0. Sector: Là đơn vị nhỏ nhất trên đĩa. 1 Sector = 512 byte cho mọi loại đĩa. Một track được chia làm nhiều Sector Cluster: Được tính theo Sector, 1 Cluster = 1,2,4,8,16,... Sector. Đây là đơn vị truy xuất thông tin trên đĩa, thường thì đĩa mềm 1Cluster = 1Sector. Head: Vì đĩa mềm có khả năng làm việc trên 2 mặt nên nó có 2 đầu ứng với 2 mặt đó. Để phân biệt 2 đầu từ trên, người ta đưa ra các giá trị 0 và 1 ứng với 2 đầu từ. Tổ chức logic của đĩa mềm Để quản lý thông tin trên đĩa, người ta tổ chức cấu trúc logic của nó: Boot Sector: là sector đầu tiên của đĩa mềm chứa các thông tin về đĩa mềm đó là các đoạn chương trình điều khiển khởi động (Bootrap) nếu đó là đĩa khởi động. Khi truy xuất máy đọc các thông số nay để xác định cấu trúc của đĩa, từ đó xác định vị trí thông tin truy xuất. Nếu là đĩa khởi động thì chương trình khởi động sẽ được thực hiện để tìm ra các file khởi động tên đĩa. Bảng FAT (File Allocation Table): Bảng FAT là công cụ lưu giữ các thông tin liên quan đế Cluster trên đĩa. Mỗi điểm vào của bảng FAT là ứng với một giá trị của tổ hợp (Head, Track, Sector). Toàn bộ bảng FAT là ánh xạ của toàn bộ các đơn vị trên đĩa. Các điểm vào này được đánh địa chỉ tuần tự. Các điểm vào trên FAT của các Cluster trống trên đĩa thì mang giá trị 000, các Cluster đã ghi dữ liệu sẽ được đánh dấu bằng giá trị của Cluster tiếp theo trong chuỗi, nếu là Cluster cuối cùng sẽ mang giá trị fff. Như vậy, bảng FAT rất quan trọng đối với đĩa, nó quyết định việc truy xuất thông tin trên đĩa và được sử dụng thường xuyên nên rất dễ bị lỗi. Do đó, trên đĩa người ta phải lưu trữ dự phòng bảng FAT thành 2 bảng là FAT1 và FAT2. Trong đó FAT1 được sử dụng và FAT2 dự trữ, khi FAT1 bị lỗi ta có thể thay FAT1 bằng FAT2 để tiếp tục làm việc. Root Directory: Là bảng chứa thông tin về thư mục, mỗi điểm vào của bảng là thông tin về các file hay thư mục chứa trong thư mục gốc của đĩa. Những thông tin này giúp cho việc đọc dữ liệu trên đĩa. Sơ đồ dây kết nối/điều khiển Bảng dưới đây giải thích các thứ tự dây dẫn điều khiển từ ổ đĩa mềm 3,5" của gắn trong thông dụng đến bo mạch chủ. Thứ tự chân Dạng tín hiệu Thứ tự chân Dạng tín hiệu 1 Ground 2 DD/HD Density Select 3 Key 4 Dự trữ (không dùng) 5 Key 6 ED Density Select Chỉ dùng cho 2,88 MB 7 Ground 8 Index 9 Ground 10 Motor-On 0 (A:) 11 Ground 12 Drive Select 1 (B:) 13 Ground 14 Drive Select 0 (A:) 15 Ground 16 Motor-On 1 (B:) 17 Ground 18 Direction (stepper motor) 19 Ground 20 Step Pulse 21 Ground 22 Write Data Đĩa mềm Floppy Disk - Đĩa mềm: Là phương tiện lưu trữ từ tính (bộ nhớ thứ cấp) có thể tái sử dụng nhiều lần được IBM giới thiệu vào năm 1971. Đĩa mềm là phương thức chủ yếu dùng cho việc phân phối các phần mềm và dữ liệu máy tính cho đến giữa thập kỷ 1990 trước khi đĩa CD-ROM được ưa chuộng như ngày nay. Đĩa mềm được sử dụng ngày nay là loại có vỏ nhựa "cứng" và chứa được 1.44 MB. Tên đĩa "mềm" xuất phát từ lý do là các đời đĩa đầu tiên được bọc trong các lớp vỏ mềm có thể uốn cong, gập khúc được. Đĩa mềm trở nên "quá nhỏ bé" so với nhu cầu sử dụng ngày nay và tương lai của chúng có vẻ "kém chắc chắn". Đĩa mềm còn được gọi là "diskette", là một vật liệu có từ tính (magnetic material) hình tròn mềm tương tự như băng từ (magnetic tape), chỉ khác ở chỗ cả hai bề mặt của đĩa mềm được sử dụng để lưu thông tin Đầu đọc/ghi tiếp xúc với bề mặt qua một khoảng mở qua vỏ nhựa phía trên đầu đĩa. Đầu đọc đĩa mềm (gọi là ổ đĩa mềm - floppy drive) "giữ chặt" vùng trung tâm của vỏ đĩa và làm quay đĩa mềm ở bên trong để truy xuất dữ liệu. Các đĩa mềm quay với tốc độ 300vòng/phút (300rpm), chậm hơn từ 10 đến 30 lần so với tốc độ đĩa cứng. Khi không có nhu cầu truy xuất, đĩa mềm sẽ nghỉ ngơi (không quay). Đĩa mềm có hình tròn và được bọc trong lớp vỏ hình vuông. Nó có hai loại với kích thước (đường kính) 5½" và 3½". Loại 5½" là loại cũ và chứa được 360KB (single density) và 1.2MB (double-sided & high density). Loại 3½" (loại đang sử dụng ngày nay) có dung lượng tương ứng là 720KB và 1.44MB. Ổ USB Ổ USB Flash, ổ cứng di động USB, ổ cứng flash USB (còn được gọi sai là cái USB) là thiết bị lưu trữ dữ liệu sử dụng bộ nhớ flash tích hợp với giao tiếp USB (Universal Serial Bus). Chúng có kích thước nhỏ, nhẹ, có thể tháo lắp và ghi lại được. Dung lượng của các ổ USB flash trên thị trường có thể từ 32 MB trở lên. "Ổ USB" là loại thiết bị nhớ không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện. (Ổ USB cũng có thể được hiểu là ổ cứng gắn ngoài. Xem thêm bài Ổ cứng gắn ngoài) Ổ USB flash có nhiều ưu điểm hơn hẳn các thiết bị lưu trữ tháo lắp khác, đặc biệt là đĩa mềm. Chúng nhỏ hơn, nhanh hơn, có dung lượng lớn hơn và tin cậy hơn đĩa mềm, do đó ngày nay ổ USB flash đã hoàn toàn thay thế cho các ổ đĩa mềm trong các máy tính cá nhân được sản xuất trong một vài năm gần đây. Cấu tạo và hoạt động Cấu tạo bên trong một ổ USB dạng dùng bộ nhớ flash (Chip bên trái là chip nhớ flash) Một ổ USB flash loại thông thường có các thành phần sau : Bản mạch in nhỏ chứa các linh kiện điện tử cùng một (hoặc nhiều) chip nhớ flash hàn trực tiếp trên mạch in. Đầu cắm kết nối với các cổng USB; các kết nối thường sử dụng chuẩn A cho phép chúng kết nối trực tiếp với các khe cắm USB trên máy tính(Xem thêm hình minh hoạ về các chuẩn tại bài USB) Vỏ bảo vệ: Toàn bộ bản mạch in, chip nhớ flash nằm trong một vỏ bảo vệ kim loại hoặc nhựa giúp nó đủ chắc chắn (để có thể cho vào túi, làm móc chìa khóa v.v...) Chỉ có đầu kết nối USB nằm ngoài vỏ bảo vệ này và thường có một nắp đậy cho nó. Vỏ bảo vệ thường được thiết kế đa dạng nhằm hấp dẫn người sử dụng, có những loại USB có khả năng chống thấm ướt, chống sốc. Nẫy gạt chống ghi: Một số ổ USB flash có thiết kế nẫy gạt để chống ghi, tuy nhiên chúng chỉ có ý nghĩa không cho phép hệ điều hành ghi hoặc sửa đổi dữ liệu vào ổ. Đèn báo hoạt động: Đa phần các ổ USB flash có một đèn báo nhỏ để hiển thị chế độ làm việc của nó (đèn này là một điốt LED nhỏ gắn trên bo mạch của ổ, có màu khác nhau tuỳ hãng). Cách báo hiệu sự hoạt động này cũng không được thống nhất giữa các hãng sản xuất: có loại ổ USB sáng đèn là trạng thái đang đọc hoặc ghi và ngược lại tắt đèn là nghỉ, có loại sáng đèn là nghỉ và tắt đèn là đọc/ghi (trong quá trình đọc/ghi chúng sáng tắt liên tục nên tạo sự nhấp nháy) hoặc các hình thức báo hiệu khác…, người sử dụng nên quan sát sau một vài lần để biết chính xác trạng thái để tránh tháo thiết bị khi chúng đang làm việc. Dây đeo, móc khoá…là các phần phụ có thể được bán kèm theo ổ USB flash, chúng là thiết bị phụ, có thể không cần thiết đối với một số người sử dụng. Để truy cập dữ liệu trong ổ flash, ta cần kết nối ổ với máy tính hoặc cắm vào một USB host controller hoặc một USB hub. Các ổ USB flash chỉ hoạt động khi được cắm vào một đầu nối USB và được cấp điện bởi đầu nối này (chúng sử dụng nguồn điện 5Vdc từ máy tính). Ứng dụng thông thường Ổ USB flash không đơn thuần chỉ là thiết bị lưu chứa dữ liệu hay dùng chuyển dữ liệu qua lại giữa các máy tính, chúng còn được sử dụng với các công dụng sau: Lưu dữ liệu cá nhân quan trọng: Một số người thường lưu trữ các thông tin về y tế và luôn mang theo mình để dùng trong tình huống khẩn cấp: thông tin về tình trạng sức khoẻ, các tiểu sử bệnh và điều trị, nhóm máu...nhằm giúp các cơ sở y tế nhanh chóng chữa bệnh cho họ. Sửa chữa máy tính: Đa số các máy tính được sản xuất những năm gần đây đều có thể cho phép khởi động từ các ổ USB flash, sau khi khởi động, người sửa chữa có thể thao tác, sửa chữa hệ điều hành hoặc phần mềm bị lỗi. Một số bo mạch chủ còn cho phép lưu và cập nhật BIOS thông qua các ổ này mà trước đây chỉ thao._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • doc6141.doc
Tài liệu liên quan